CT-Trendbericht Exzenterschneckenpumpen

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09.12.2010 Exzenterschneckenpumpen werden immer dann eingesetzt, wenn's dick kommt: Doch ob Klärschlamm oder feststoffhaltige Produkte – der Verschleiß und damit der Wartungsbedarf ist teilweise enorm groß. Die Redaktion hat mit den wichtigsten Herstellern gesprochen und die Trends sowie die konstruktiven Maßnahmen bei Exzenterschneckenpumpen recherchiert.

Entscheider-Facts


Wartung im Fokus

  • Stator – und auch Rotor – Verschleißteile, die je nach Einsatzfall früher oder später getauscht werden müssen.
  • Der Zeitaufwand für diese Montagearbeiten bedeutet gleichzeitig Produktionsausfall bzw. geringere Anlagenverfügbarkeit.
  • In jüngster Vergangenheit haben sich die Hersteller deshalb einiges einfallen lassen, um einerseits die Wartung der Pumpen zu vereinfachen, andererseits die Standzeit der Statoren an sich zu erhöhen.
  • Die Maßnahmen reichen von Wechselstatoren über Nachspannvorrichtungen bis hin zu neuen Statormaterialien.
  • Um die Standzeit zu verlängern und Schäden vorzubeugen, gibt es auch einen zunehmenden Bedarf an Überwachungs- und Diagnoseeinrichtungen.

Wenn‘s dick kommt und schwierige Medien mit abrasiven oder aggressiven Stoffen gefördert werden müssen, fällt die Wahl häufig auf Exzenterschneckenpumpen. Für deren Robustheit sorgt das Funktionsprinzip, das sich wesentlich von dem anderer Verdrängerpumpen unterscheidet: In der Exzenterschneckenpumpe wälzt sich ein wendelförmiger Rotor – in der Regel aus Metall – in einem aus Elastomeren gefertigten Stator, der schneckenförmig geformt ist. Durch die exzentrische Drehbewegung des Rotors entstehen abgeteilte Hohlräume, die sich in axialer Richtung bewegen und die das in ihnen enthaltene Fördergut mitnehmen. Der Clou dabei: Je nach Auslegung können nicht nur Flüssigkeiten sondern auch Festkörper gefördert werden. Da die auf das Fördergut einwirkenden Scherkräfte vergleichsweise klein sind, ist die Förderung sehr schonend und auch pulsationsarm.

Doch so universell sich die Exzenterschneckenpumpe für den Anwender präsentiert – wo Licht ist, ist auch Schatten. Während die Grundforderung nach Vorhandensein von Medium noch durch Maßnahmen wie Bypass-Leitungen erfüllt werden kann, bleiben Stator – und auch Rotor – Verschleißteile, die je nach Einsatzfall früher oder später getauscht werden müssen. Und da die Pumpe an sich im Vergleich zu anderen Fördersystemen nicht sehr kompakt baut, geht es in den Anlagen häufig eng zu. Insbesondere dann, wenn zusätzlich Sauggehäuse, Rohrleitungen oder Gelenk des Rotors demontiert werden müssen, um Stator oder Rotor zu tauschen. Dazu kommt der Zeitaufwand für diese Montagearbeiten, der gleichzeitig Produktionsausfall bzw. geringere Anlagenverfügbarkeit bedeutet.
In jüngster Vergangenheit haben sich die Hersteller deshalb einiges einfallen lassen, um einerseits die Wartung der Pumpen zu vereinfachen, andererseits die Standzeit der Statoren an sich zu erhöhen. Gerade für die Anforderungen im rauen Umfeld von Kläranlagen oder aber Biogasanlagen waren im September auf der Umweltmesse Ifat einige neue Ansätze zu besichtigen. Denn in diesen Anwendungen kommt es immer wieder vor, dass eigentlich nicht pumpfähige Bestandteile in den Pumpenstrang gelangen und zu einem Ausfall führen.

Stator vom Gehäuse getrennt

Dass sich die Kosten für den Betrieb von Exzenterschneckenpumpen deutlich reduzieren lassen, zeigte Netzsch, Waldkraiburg, auf der Ifat anhand der Weiterentwicklungen der Pumpe M.Champ und des iFD-Stators. Bei der Exzenterschneckenpumpe Nemo M.Champ sollen sich die Anschaffungskosten so im Vergleich zu einer konventionellen Blockpumpe bereits mit der vierten großen Wartung amortisieren. Die große Wartung umfasst den Wechsel von Kraftstrang und Stator. Die Konstruktion dieser Exzenterschneckenpumpe basiert auf einem integrierten Wechselstator und einer rotierenden Einheit ohne Gelenkteile bestehend aus Rotor, Biegestab und Anschlusswelle. Durch den Wechselstator fallen nur bei jedem zweiten Wechsel Kosten für einen neuen Stator an. Gleichzeitig ist die Montage und Demontage konstruktionsbedingt sehr viel einfacher und somit laut Hersteller um die Hälfte kostengünstiger als bei einer konventionellen Pumpe. Weiteres Einsparpotenzial liegt in der rotierenden Einheit der Exzenterschneckenpumpe. Diese ist im Ganzen günstiger ist als die Einzelkomponenten (Gelenkteile, Kuppelstange und Anschlusswelle) einer konventionellen Pumpe.

Betrachtet man lediglich die Kosten für die Verschleißteile (Rotor und Stator) der Exzenterschneckenpumpe im Vergleich zur konventionellen Pumpe, sollen sich diese bereits bei der zweiten großen Wartung amortisieren. Noch offensichtlicher sei die Kosteneinsparung bei den kleinen Wartungen, bei denen lediglich der Wechselstator gewendet wird. Beim iFD-Stator, der die beiden Komponenten Elastomer und Statorgehäuse voneinander getrennt einsetzt, amortisiert sich der Statorkern bereits innerhalb des ersten Wartungsintervalls. Der Hersteller schätzt, dass sich über den Lebenszyklus gegenüber der klassischen Statorkonstruktion 20 Prozent der Kosten sparen lassen. Als Gründe dafür werden einerseits längere Wartungsintervalle genannt, da durch die axiale Beweglichkeit des Statorkerns weniger Verschleiß auftritt. Zum anderen reduzieren das geringere Anlauf- und Betriebsmoment den Energieverbrauch um fast ein Viertel, da die Pumpe mit kleiner dimensionierten Antrieben laufen kann. „Gerade in Biogas-Anlagen wird sehr genau auf den Energiebedarf der Anlage und der Komponenten geschaut“, erklärt Thomas Böhme, Leiter des Geschäftsfelds Umwelt und Energie bei Netzsch.

Längere Standzeit, Wartung vor Ort

Auch bei Seepex, Bottrop, hat man intensiv darüber nachgedacht, wie die Wartung von Exzenterschneckenpumpen vereinfacht und zudem die Standzeiten der Hauptverschleißteile Rotor und Stator deutlich verlängert werden können. Der Hersteller beschreitet den Weg, das metallische Statorgehäuse vom Elastomerstator zu trennen. Zusätzlich hat das Unternehmen den Elastomerstator der Länge nach aufgeschnitten und in zwei Hälften getrennt. Der Clou: Da die obere Hälfte des Gehäuses abermals geteilt ist, kann der Stator nachgespannt werden. „Wir erreichen so einerseits Zeiteinsparungen bei der Montage, andererseits lässt sich mit Hilfe der integrierten Nachspannvorrichtung durch einfache Justierung die Lebensdauer des Stators um bis zu 30 Prozent verlängern – und die des Rotors sogar nahezu verdoppeln“, verdeutlicht Peter Stiffel, Prokurist und Vice President Sales and Customer Service bei Seepex. Dazu kommt, dass der Platzbedarf der Pumpe deutlich geringer ist als bei klassischen Konstruktionen, da für die Wartung keine Rohrleitungen demontiert werden müssen. Die „Smart Conveying Technology“ genannte Konstruktion wurde nun noch weiterentwickelt: Die lösbare Verbindung zwischen Rotor und Kuppelstange erlaubt einen schnellen und unkomplizierten Austausch des Rotors. Auch hier bleibt die Pumpe an ihrem Platz, ohne dass Sauggehäuse, Rohrleitungen oder das Gelenk demontiert werden müssen. Laut Hersteller können so insgesamt bis zu 85% der Montagezeit eingespart werden und sinken die Lebenszykluskosten der Pumpen zusätzlich. Da Elastomer- und Stahlkomponenten getrennt entsorgt werden können, zahlt sich die Technologie auch für die Umwelt aus. Bereits eingesetzte Pumpen des Herstellers können mit der Technik nachgerüstet werden.

Gleichmäßige Elastomerdicke sorgt für Druckstabilität

Bei der Pumpenfabrik Wangen bietet man ebenfalls nachstellbare Statoren (Flexostat) an, um Verschleißerscheinungen über die Betriebsdauer auszugleichen. Das Gehäuse der Flexostat-Statoren verfügt dazu über einen Längsschlitz in axialer Richtung, der mittels Bolzenschrauben nach und nach weiter verspannt werden kann. Durch die in vergleichsweise geringem Abstand angebrachten Schrauben wird eine gleichmäßige Verspannung über die gesamte Länge des Stators erreicht. „Wir sehen das Nachspannen allerdings nur als Notlösung, da durch das Nachspannen die Pumpsatzgeometrie verändert werden kann und in der Folge der Rotorverschleiß zunimmt“, erklärt Helge Kopczak, Verkaufsleiter der Pumpenfabrik Wangen.

Eine weitere konstruktive Besonderheit des Herstellers sind die Even Wall-Statoren, bei denen die Kontur des Gehäuses der Kontur des Stators folgt und dadurch eine gleichmäßige Elastomerdicke erreicht wird. Durch die Konstruktion steigt die Druckstabilität des Stators, wodurch bei gleicher Statorlänge höhere Drücke erreicht werden können. Im Umkehrschluss ist es deshalb möglich, mit einer kürzeren Pumpe den selben Druck zu erreichen, als mit einer konventionellen Konstruktion. Als Nebeneffekt profitiert auch die Umwelt von dem geringeren Materialeinsatz, da in das Gehäuse einvulkanisierte, verschlissene Statoren in der Regel durch Ausbrennen entfernt werden.

Maintenance in Place

Auch der Hersteller Axflow in Düsseldorf hat sich dem Thema „Maintenance in Place“ angenommen: Mit der im vergangenen Jahr vorgestellten Exzenterschneckenpumpe Mono EZstrip, einer modifizierten Version der Compact C-Baureihe des Herstellers, ist es möglich, die Pumpe vor Ort und ohne Ausbau bzw. Komplettdemontage zu inspizieren und zu warten (wir berichteten). Der Zeitaufwand kann sich dadurch nach Angaben des Anbieters von einem Tag auf eine halbe Stunde verringern. „Das Thema Stillstandszeiten und Dauer der Wartungsintervalle steht heute klar im Fokus der Betreiber“, verdeutlicht Frank Koch, Produktmanager Monopumpen bei Axflow, die Bedeutung dieses Aspekts. Dazu, so Koch, kommt der Wunsch, einen Komplettaustausch der Pumpe zu vermeiden und damit auf Stand-by-Pumpen verzichten zu können. Bei der EZstrip-Ausführung ermöglicht es deshalb die Konstruktion, die Komponenten des Kraftstrangs von der Antriebswelle bis zum Rotor als vorinstallierte Austauscheinheit zu verwenden. Um Verschleiß zu vermeiden, nutzt der Hersteller für die Kraftübertragung vom Motor zum Rotor anstelle von Gelenken den sogenannten Flexishaft, eine gehärtete Edelstahlkonstruktion, die flexibel genug ist, um die exzentrische Bewegung des Rotors nachzuvollziehen. Dass die Anordnung auch auf Dauer den Beanspruchungen in der Praxis gewachsen ist, hat der Anbieter unlängst untermauert, indem die Garantie auf zehn Jahre 24-h-Betrieb verdoppelt wurde.

Doch bislang mussten Betreiber, die sowohl Pumpen mit Bolzengelenk als auch mit Flexishaft einsetzen, für beide Varianten Ersatzrotoren vorhalten. Jüngste Entwicklung des Herstellers ist deshalb eine verschleißfreie Klemmverbindung, mit der die Flexishaft-Pumpen auch mit Standard-Bolzengelenk-Rotoren ausgerüstet werden können.

Neuer Statorwerkstoff verlängert Standzeit

Bei Allweiler, Bottrop, hat man das Thema Standzeit über den Statorwerkstoff angepackt: Speziell für den Einsatz zur Förderung abrasiver Abwässer wurde das Elastomer „Alldur“ entwickelt. Mit diesem soll der Stator bis zu dreimal länger halten, als andere bisher eingesetzte Statoren. „Die Abnutzung ist selbst im Dauerbetrieb bei der Förderung stark verunreinigter und mit Feststoffen belasteter Abwässer äußerst gering“, berichtet Alfred Paul, Entwicklungsleiter bei Allweiler. Dazu kommen Eigenschaften wie ein hoher Weiterreißwiderstand, der dafür sorgt, dass punktuelle Beschädigungen nicht zum sofortigen Ausfall führen, sowie ein Temperaturbereich von -30 bis 100 °C für den Einsatz. Das Elastomer hat einen geringen Druckverformungsrest, was dazu führt, dass sich der Stator an den Dichtlinien auch bei einem längeren Pumpenstillstand nicht dauerhaft verformt. Mit den neuen Statoren können alle Exzenterschneckenpumpen des Herstellers nachgerüstet werden. Bei den Rotoren setzt der Hersteller insbesondere bei großen Pumpen auf hohlgebohrte Konstruktionen. Dadurch sinken die Zentrifugalkräfte, was laut Hersteller zu einer höheren Standzeit führt.

Etwas anders gelagert ist das Produktprogramm des Pumpenherstellers Flux. Der Stuttgarter Hersteller konzentriert sich auf Prozesspumpen für die Förderung von Produkten der Chemie, Lebensmittel, Pharmazie und Kosmetikindustrie. Zwar sieht Dr.Jörg Dassow, Vertriebsleiter, auch den Trend zur Entwicklung von Pumpen, die einen Verschleißteilwechsel ohne Leitungsabbau ermöglichen, doch die Wünsche der Betreiber gehen hier auch noch in andere Richtungen: „Wir registrieren einen verstärkten Bedarf nach Diagnosesystemen für die Fernüberwachung von Betriebszuständen, um unvorhergesehene Pumpenausfälle zu vermeiden.“ Gleitringdichtungen, Statoren und Exzenterschnecken sind auf die jeweiligen Einsatzbedingungen abgestimmt. Zur Kraftübertragung ist eine Torsionswelle vorgesehen optinal sind auch Gelenkwellen und Kugelgelenke lieferbar, da diese speziell im Reinigungsbereich unerlässlich sind. Die Konstruktion erlaubt es, dass Sie sich mit wenigen Handgriffen demontieren und reinigen lassen. Daneben spielt der Explosionsschutz (Einsatz in Zone 0 zum Fördern brennbarer Flüssigkeiten) eine Rolle. „Auch die Strömung in der Pumpe lässt sich noch verbessern, so dass Entmischungen und Ablagerungen verhindert werden und weniger Reinigungsmittel bei Wartung und Produktwechsel benötigt werden“, erklärt Dassow. Bereits Realität ist die Bewertung der Gesamtkosten einer Pumpe über deren Lebensdauer durch den Anwender: „Die Kunden verlangen zunehmend, dass wir bei Angeboten auch die Kosten für Ersatzteile angeben. Schon deshalb ist Langlebigkeit für uns ein wichtiges Kriterium. “

Fazit: Um die Standzeit zu erhöhen und die Wartungseigenschaften zu verbessern, haben sich die Hersteller von Exzenterschneckenpumpen in der jüngsten Vergangenheit einiges einfallen lassen. Denn: Mehr und mehr Betreiber wünschen sich Pumpen, die schnell und einfach am Einsatzort gewartet und nach einem Ausfall wieder instand gesetzt werden können.

„Das Thema Stillstandszeiten und Dauer der Wartungsintervalle steht heute klar im Fokus der Betreiber“
Frank Koch ist Produktmanager Monopumpen bei Axflow
„Mit der integrierten Nachspannvorrichtung lässt sich die Standzeit des Stators um bis zu 30 Prozent verlängern – unddie des Rotors sogar nahezu verdoppeln“
Peter Stiffel ist Prokurist und Vice President Sales and Customer Service bei Seepex
„Wir sehen das Nachspannen nur als Notlösung“
Helge Kopczak ist Verkaufsleiter der Pumpenfabrik Wangen.
„Gerade in Biogas-Anlagen wird sehr genau auf den Energiebedarf der Anlage und der Komponenten geschaut“
Thomas Böhme ist Leiter des Geschäftsfelds Umwelt und Energie bei Netzsch
„Wir registrieren einen verstärkten Bedarf nach Diagnosesystemen für die Fernüberwachung von Betriebszuständen, um unvorhergesehene Pumpenausfälle zu vermeiden“
Dr. Jörg Dassow, Vertriebsleiter bei Flux -Geräte

Heftausgabe: Dezember 2010

Über den Autor

Armin Scheuermann , Redaktion
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